Der Trend zu mehr erneuerbaren Energien und Elektromobilität erhöht den Bedarf an unterschiedlichen Materialien mit besonderen Eigenschaften in Bezug auf ihre Festigkeiten oder elektrische Leitfähigkeit, wie z.B. Kupfer- und/oder Aluminiumwerkstoffe. Mit unseren innovativen Laserschweißprozessen können Kupfer- und/oder Aluminiumwerkstoffe flexibel, vollautomatisiert und mit wenig Wärmeeintrag geschweißt werden.
Herkömmliche Schweißprozesse kommen oft an ihre Grenzen, wenn es um neue Materialkombinationen geht und vor allem wenn hinsichtlich mechanischer Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit neue Lösungen notwendig sind oder eine Qualitätsteigerung der Schweißung erreicht werden will.
Dafür gibt es eine Lösung: Laserschweißen.
Der Kurzpuls-Laserschweiß-Prozess, zum Schweißen von Bimetallen, basiert auf einer hochfrequenten zeitlichen Modulation der Spitzenleistung mit bis zu mehreren 100 kHz.
Kurzpuls-Laserschweißen erlaubt eine noch stabilere Steuerung der Einschweißtiefe. Durch die Natur des Prozesses selbst ist es möglich, beliebige Schweißnaht- oder Schweißpunktgeometrien von 50 µm breiten Mikronähten bis hin zu Schweißpunkten beliebiger Form mit einem Durchmesser von mehreren Millimetern zu erzeugen.
Nahezu beliebige Materialkombinationen von Aluminium, Kupfer, Stahl, Hilan, Messing, Edelstahl, etc. können verschweißt werden. Dabei sind durch die extrem stabile und präzise einstellbare Einschweißtiefe auch Überlappschweißungen mit Untermaterialien von 300 µm Dicke und weniger möglich. Auch hinsichtlich der Oberflächengüte ist das Schweißverfahren sehr flexibel. So stellen hochreflektierende Werkstoffe wie chemisch geätztes oder poliertes Kupfer, Silber und Gold oder extreme Verschmutzungen sowie Öl- und Laugenrückstände keine Hindernisse dar. Der Einsatz von konventionellen Laserschweißprozessen wäre hier unmöglich.
Besonders bei bimetallischen Verbindungen ist die Durchmischung der Schmelze kritisch, da sich spröde Phasen ergeben. Deshalb bietet Manz neben dem konventionellen Laserschweißen auch ein Schweißverfahren, bei dem die Durchmischung der Schmelze fast völlig unterdrückt wird und somit Schweißnähte mit sehr hohen Festigkeiten entstehen: das Laserschweißen im Überlapp mittels hochfrequenter örtlicher Modulation oder kurz „wobbling“.
Ein voll kalibrierter 3D-Scanner, Kameratechnik und Topografiemessungen sorgen für eine ausreichend hohe Präzision der Bearbeitung in allen Raumrichtungen gepaart mit der Geschwindigkeit und Flexibilität von Remote-Bearbeitungen. Um Bauteiltoleranzen abzufangen oder das Prozessieren in unterschiedlichen Arbeitsebenen zu ermöglichen, verfügen die Prozessköpfe zudem über eine optische Z-Achse. Diese erlaubt eine hoch präzise Positionierung der Arbeitsebene des Scanners in Z-Richtung in weniger als 10 ms.
Die P3-Prozesse von Manz werden entweder im Dauerstrich-Betrieb oder auch gepulst im qcw-Betrieb durchgeführt. Wir verwenden leistungsstarke Mutimode-Laser im infraroten Wellenlängenbereich und neueste Strahlformungstechnologien, und decken damit nahezu die gesamte Bandbreite der Schweißanforderungen unserer Kunden für die Batteriefertigung und die Elektronikindustrie ab.
Mutimode-Laser mit (oben) und ohne (unten) den neuesten Strahlformungstechnologien.
Frequenzverdoppelte Multi-Mode Laser („Grüne“ Laser) kommen für besonders hohe Qualitätsanforderungen an Kupferverbindungen mittlerer Schweißtiefen zum Einsatz. Durch die signifikant höheren Absorptionskoeffizienten der „grünen“ Laserstrahlung auf Kupfermaterialen sind stabilere und effizientere Schweißprozesse sowie die präzise Kontrolle von Wärmeleitschweißprozessen, Übergangsschweißprozessen und Tiefschweißprozessen ohne große Sprünge in den Einschweißtiefen umsetzbar.
Neben den Schweißprozessen selbst bieten wir Tools zur Prozessüberwachung an. Hierbei unterscheiden wir zwischen Pre-Processing, Inline-Monitoring und Post-Processing.
Beim Pre-Processing können z.B. fehlerhaft positionierte Bauteile bereits vor dem Schweißprozess erkannt und gegebenenfalls automatisierte Korrekturen während der Produktion vorgenommen werden, wie z.B. ein Höhenausgleich der Fokuslage des Lasers oder gegebenenfalls eine Anpassung der lateralen Schweißposition.
Beim Inline-Monitoring setzen wir auf bekannte und marktführende Drittanbieterlösungen durch das Aufzeichnen laserbasierter Prozessemissionen. Individuell angepasste Photodioden werden koaxial zum Laserstrahl in unsere Bearbeitungsoptiken integriert, kalibriert und zur vollautomatisierten Fehlerdetektion eingelernt (Teach-In), sodass mit geeigneten Algorithmen die Entscheidung getroffen wird, ob eine Schweißung erfolgreich verlaufen ist oder zum Nachschweißen ausgeschleust werden soll.
Beim Post-Processing werden die fertiggestellten Schweißungen kamerabasiert und mit Hilfe von Machine-Learning-Algorithmen bewertet. Produktionsbegleitend lassen sich damit Vorhersagen generieren, um Kosten und Zeit zu sparen, ohne die Qualität aus den Augen zu verlieren.
